[发明专利]动力锅炉中的选择性催化NOx还原方法及其设备

说明书

技术领域

本发明涉及固体或液体烃类燃料点燃的动力锅炉中的选择性催化NO_x还原（SCR）方法以及用于固体或液体烃类燃料点燃的动力锅炉中的选择性催化NO_x还原的系统。更具体地，本发明涉及对进入锅炉的NO_x催化剂的烟道气温度进行控制。

背景技术

氮的氧化物（也称为NO_x）会导致产生酸雨和雾霾。由于环境法规要求将NO_x排放保持在可接收水平，因此现代动力锅炉的设计和操作中的主要考虑因素是在燃烧过程期间和燃烧过程之后还原NO_x。

氮的氧化物是固体和液体烃类燃料（例如粉煤或油）的燃烧副产物，并且被发现具有两种主要形式。如果氮源自于燃烧空气，则NO_x被称为“热NO_x”。当出现如下情况时会形成NO_x：氮分子（N₂）经受高于约1500℃的温度而导致其分解为氮原子（N），然后氮原子可与氧原子或氧分子组合而形成NO或NO₂。如果氮源自于燃料中的被原始约束的氮，则NO_x被称为“燃料NO_x”。

各种方法被用于控制氮氧化物的排放。一种方法是选择性催化还原（SCR），其使用催化剂和还原剂（通常为气态氨）以根据以下反应将NO_x离解为氮气和水：

4NO+4NH₃+O₂=>4N₂+6H₂O

2NO₂+4NH₃+O₂=>3N₂+6H₂O。

由于NO_x是约95％的NO，所以第一种反应在过程中占据主导。SCR的理想操作温度范围通常从约300至约400℃。当操作条件降到比300℃低得多，硫酸氢铵和三氧化硫沉积在催化剂表面上的可能性增大。这会导致永久的催化剂活性丧失。高于400℃，氨可能离解，降低了过程的有效性。如果温度超过约450℃，则催化剂活性可能由于烧结而被永久地损害。

将SCR作为NO_x还原技术的典型动力锅炉包括与烟道气通道流体连通的炉子。在炉子中进行烃类燃料的燃烧，从而产生热烟道气，热烟道气在炉子中上升，将它们的能量的一部分用于在炉壁处的蒸发器表面中产生蒸汽。然后，烟道气被引导通过烟道气通道的热回收区域（HRA），其中，它们将剩余的能量用于使所述蒸汽过热并且加热节约器表面中的给水。离开节约器区段的烟道气被引导通过NO_x催化剂、空气预加热器和可能的烟道气清洁系统，并且最终经由烟囱流向大气。

在典型的SCR系统中，在催化剂区段上游的烟道气通道中的某个位置，反应物（例如气态氨或尿素水溶液）被引入并且与烟道气流混合。然后，反应物和烟道气的混合物进入催化剂区段，其中，在反应物和烟道气中的过量氧气之间发生NO_x的催化还原。

催化剂通常包括位于烟道气流的路径中的多层固体催化材料。目前使用前的最常见类型的催化材料以及所述材料作为催化剂而对之有效的烟道气大致温度范围是：二氧化钛（270-400℃）、沸石（300-430℃）、氧化铁（380-430℃）和活性煤炭/焦炭（100-150℃）。

美国专利No. 5,555,849公开了一种化石燃料发电厂，具有在NO_x催化剂上游的节约器系统，其中，节约器系统包括水侧旁通线路以便即使在低负载条件下依然在NO_x催化剂中维持期望的烟道气温度。

欧洲专利出版物EP0753701A1公开了一种锅炉，具有布置在两个节约器之间的烟道气通道中的NO_x催化剂并且具有用于NO_x催化剂上游的节约器的烟道气旁通通道。

美国专利No. 6,405,791公开了一种管式空气加热器，具有进口气室（plenum），其允许现有锅炉中的空气加热器上游的选择性催化还原（SCR）系统的翻新安装。